ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к системам электроснабжения транспортных машин.

Известен накопитель электрической энергии, содержащий две аккумуляторные батареи и схему разогрева (см. патент US 5990661).

Схема разогрева содержит полумост, выполненный на двух

последовательно соединенных ключах и дроссель. Способ управления накопителем энергии заключается в том, что многократно коммутируют ключи, обеспечивая протекание тока зарядки/разрядки через

аккумуляторные батареи. Разогрев аккумуляторных батарей происходит за счет рассеивания мощности на их внутреннем сопротивлении

Для осуществления способа нужна специальная схема разогрева, требующая дополнительных затрат.

Известен способ управления зарядкой/разрядкой накопителя энергии, выполненного в виде аккумуляторной батареи гибридного автомобиля, имеющего двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и

электрическую машину, которая может работать как генератор с приводом от ДВС для зарядки аккумуляторной батареи, либо как двигатель, который разряжает аккумуляторную батарею во время движения автомобиля (см. патент US 6163135).

Способ управления заключается в том, что электрической машиной многократно принудительно заряжают/разряжают аккумуляторную батарею, при условии, что её температура не превышает пороговый уровень. Разогрев аккумуляторной батареи происходит за счет

рассеивания мощности на её внутреннем сопротивлении. Известный способ осуществим только во время движения

гибридного автомобиля и не может использоваться перед пуском ДВС, поскольку для зарядки нужен работающий ДВС.

Известна система электроснабжения транспортной машины с наиболее близким к заявляемому техническому решению способом управления накопителем энергии (см. патент RU 2596807).

В состав системы электроснабжения входит накопитель энергии, состоящий из аккумуляторной батареи, конденсаторной батареи и включенного между ними обратимого преобразователя. Обратимый преобразователь имеет управляющий вход и выполнен так, что может задавать ток конденсаторной батареи по сигналу на управляющем входе. Сигнал на управляющий вход обратимого преобразователя подают с выхода контроллера, имеющего первый вход для измерения напряжения конденсаторной батареи и второй вход, связанный с термодатчиком.

Способ управления накопителем энергии, состоящим из

аккумуляторной батареи, конденсаторной батареи и включенного между ними обратимого преобразователя, заключается в том, что задают ток конденсаторной батареи, подавая соответствующий сигнал на

управляющий вход обратимого преобразователя. Перед пуском ДВС задают ток конденсаторной батареи, обеспечивающий её зарядку и последующее поддержание в заряженном состоянии.

В данном способе перед пуском ДВС зарядка и последующее поддержание конденсаторной батареи в заряженном состоянии

производится независимо от температурных условий, и не предусмотрен разогрев накопителя энергии. При температуре ниже -15°С внутреннее сопротивление аккумуляторной и конденсаторной батарей резко возрастает, что ведет к уменьшению их выходной мощности,

используемой, в частности, для питания электростартера. При этом скорость и длительность прокрутки электростартером вала ДВС

недостаточны для его надежного пуска.

Задачей заявленного способа является повышение надежности зимнего пуска ДВС транспортной машины.

Техническим результатом, который достигается при осуществлении заявленного способа, является разогрев накопителя энергии транспортной машины без применения дополнительных устройств.

В способе управления накопителем энергии транспортной машины, состоящим из аккумуляторной батареи, конденсаторной батареи и включенного между ними обратимого преобразователя, заключающемся в том, что задают ток конденсаторной батареи, подавая соответствующий сигнал на управляющий вход обратимого преобразователя, согласно изобретению, перед пуском двигателя внутреннего сгорания транспортной машины измеряют температуру конденсаторной батареи; многократно изменяют направление тока конденсаторной батареи при условии, что температура конденсаторной батареи не превышает пороговый уровень; задают ток конденсаторной батареи, обеспечивающий её зарядку и последующее поддержание в заряженном состоянии при условии, что температура конденсаторной батареи превышает пороговый уровень.

Многократное изменение направления тока конденсаторной батареи достигается тем, что измеряют её напряжение; задают направление тока конденсаторной батареи, соответствующее её зарядке при условии, что напряжение конденсаторной батареи не превышает нижний пороговый уровень; задают направление тока конденсаторной батареи,

соответствующее её разрядке при условии, что напряжение

конденсаторной батареи превышает верхний пороговый уровень;

оставляют неизменным направление тока конденсаторной батареи при условии, что напряжение конденсаторной батареи превышает нижний пороговый уровень и одновременно не превышает верхний пороговый уровень.

В одном варианте, для измерения температуры конденсаторной батареи могут использовать термодатчик.

В другом варианте, для измерения температуры конденсаторной батареи могут ступенчато изменять ток конденсаторной батареи; при ступенчатом изменении тока конденсаторной батареи измеряют величину ступенчатого перепада напряжения конденсаторной батареи; температуру конденсаторной батареи определяют как убывающую функцию от величины ступенчатого перепада напряжения конденсаторной батареи.

Сигнал на управляющий вход обратимого преобразователя подают с выхода контроллера, имеющего по меньшей мере два входа, один из которых используют для измерения напряжения конденсаторной батареи, а второй— для подключения термодатчика.

Существенные признаки заявленного способа связаны с

достижением технического результата следующим образом.

Признак, позволяющий задавать ток конденсаторной батареи, подавая соответствующий сигнал на управляющий вход обратимого преобразователя, дает возможность при неработающем ДВС осуществлять зарядку/разрядку конденсаторной и аккумуляторной батарей (зарядка конденсаторной батареи сопровождается разрядкой аккумуляторной батареи, и наоборот, - зарядка аккумуляторной батареи сопровождается разрядкой конденсаторной батареи); указанная возможность, в

совокупности с признаком многократного изменения направления тока конденсаторной батареи, позволяет периодически чередовать циклы зарядки/разрядки конденсаторной и аккумуляторной батарей, в процессе которых последние разогреваются за счет рассеивания мощности на их внутреннем сопротивлении. По результатам измерения температуры конденсаторной батареи задаются условия, в зависимости от которых осуществляется разогрев накопителя энергии либо зарядка конденсаторной батареи и её

последующее поддержание в заряженном состоянии; зимой это

увеличивает выходную мощность накопителя энергии, и повышает надежность электростартерного пуска ДВС.

Совокупность признаков: «задают направление тока конденсаторной батареи, соответствующее её зарядке при условии, что напряжение конденсаторной батареи не превышает нижний пороговый уровень;

задают направление тока конденсаторной батареи, соответствующее её разрядке при условии, что напряжение конденсаторной батареи

превышает верхний пороговый уровень; оставляют неизменным

направление тока конденсаторной батареи при условии, что напряжение конденсаторной батареи превышает нижний пороговый уровень и одновременно не превышает верхний пороговый уровень» раскрывает способ реализации периодического (автоколебательного) процесса, в результате которого происходит многократное изменение направления тока конденсаторной батареи.

Сущность заявленного способа поясняется чертежами.

Фиг. 1 содержит схему электрооборудования транспортной машины.

Фиг. 2 содержит временные диаграммы:

- тока ic конденсаторной батареи;

- напряжения Uc конденсаторной батареи;

- напряжения и _А аккумуляторной батареи.

Осуществление заявленного способа рассматривается на примере накопителя энергии легкового автомобиля, содержащего аккумуляторную батарею с номинальным напряжением 12 В и конденсаторную батарею с максимальным напряжением 20 В. Пороговый уровень температуры конденсаторной батареи определен экспериментально и составляет минус 15 градусов Цельсия.

На схеме (фиг. 1) показан накопитель энергии, который содержит аккумуляторную батарею 1 , конденсаторную батарею 2 и включенный между ними обратимый преобразователь 3 с управляющим входом 4. Управляющий вход 4 связан с выходом контроллера 5. Вход 6

контроллера связан с конденсаторной батареей 2, вход 7— с

термодатчиком 8, вход 9— с системой управления транспортной машины (на схеме не показана). В состав электрооборудования транспортной машины входят также электростартер 10, генератор 11 и различные нагрузки (на схеме не показаны).

В исходном состоянии, - после длительной стоянки транспортной машины все мощные нагрузки отключены и аккумуляторная батарея 1 работает в режиме, близком к холостому ходу, напряжение и _А

аккумуляторной батареи в рассматриваемом примере составляет около 12,5 В. При этом сигнал, поступающий с выхода контроллера 5 на вход 4 обратимого преобразователя задает ток i _c конденсаторной батареи равным нулю, конденсаторная батарея 2 разряжена, её напряжение и _с мало.

Перед пуском ДВС на вход 9 контроллера поступает сигнал от системы управления транспортной машины. Контроллер 5 определяет потребность в разогреве накопителя энергии по уровню сигнала, поступающего на вход 7 контроллера с термо датчика 8: если температура термодатчика 8 не превышает пороговый уровень (-15°С), то необходим разогрев.

В тех случаях, когда потребность в разогреве отсутствует,

контроллер 5 подает сигналы на управляющий вход 4 обратимого преобразователя в следующей последовательности:

- если напряжение ис на входе 6 контроллера ниже максимального уровня (20 В), то контроллер 5 подает сигнал зарядки конденсаторной батареи 2. При этом ток ic конденсаторной батареи положителен

(протекает в направлении от обратимого преобразователя 3 к плюсовому выводу конденсаторной батареи 2). Одновременно ток i _A аккумуляторной батареи разряжает её, протекая в направлении от плюсового вывода аккумуляторной батареи 1 к обратимому преобразователю 3. Ток

аккумуляторной батареи 1 (без учета потерь в обратимом

преобразователе 3) составляет

i _A = ic ( uc/ u _A ) (1);

- если напряжение U на входе 6 контроллера равно максимальному уровню (20 В), то контроллер 5 подает сигнал, который задает нулевой ток ic конденсаторной батареи 2, - её зарядка прекращается. Одновременно аккумуляторная батарея 1 перестает разряжаться, так как её ток i _A в соответствии с уравнением (1) становится равным нулю. Накопитель энергии готов к пуску ДВС.

В тех случаях, когда имеется потребность в разогреве накопителя энергии перед пуском ДВС, контроллер 5 подает сигналы на

управляющий вход 4 обратимого преобразователя, формируя временные диаграммы, представленные на фиг. 2:

- в начальный момент времени напряжение и _с на входе 6

контроллера меньше нижнего порогового уровня (2 В) и контроллер 5 подает сигнал зарядки конденсаторной батареи 2 (ic ~ 90А).

Одновременно аккумуляторная батарея 1 разряжается и её напряжение и _А просаживается до 9- О В. Напряжение и _с конденсаторной батареи нарастает— до тех пор, пока оно не достигло верхнего порогового уровня (Ю В) зарядка конденсаторной батареи 2 продолжается;

- когда напряжение и _с на входе 6 контроллера достигает верхнего порогового уровня (10 В) контроллер 5 подает сигнал разрядки

конденсаторной батареи 2 (i _c ~ - 90А). Одновременно аккумуляторная батарея 1 начинает заряжаться, так как её ток i _A в соответствии с уравнением (1) меняет знак, - напряжение и _А увеличивается приблизительно до 14 В. Напряжение uc конденсаторной батареи падает;

- когда напряжение uc на входе 6 контроллера достигает нижнего порогового уровня (2 В) контроллер 5 вновь подает сигнал зарядки конденсаторной батареи 2 (i _c ~ 90А);

- циклы зарядки/разрядки конденсаторной и аккумуляторной батарей многократно повторяются;

- в моменты изменения тока конденсаторной батареи (в

рассматриваемом примере изменение тока Ai _c ~ 180А) ступенчатый перепад напряжения на её внутреннем сопротивлении R составляет

Аи _с = Ai _c - Rc (2);

- в процессе многократной зарядки/разрядки аккумуляторная и конденсаторная батареи разогреваются за счет рассеивания мощности на их внутреннем сопротивлении, которое при этом уменьшается— согласно уравнению (2) также уменьшается ступенчатый перепад напряжения Аи _с конденсаторной батареи;

- один из вариантов осуществления заявленного способа состоит в том, что контроллер 5 измеряет на входе 6 перепад напряжения Аи _с конденсаторной батареи и прекращает разогрев, когда ступенчатый перепад напряжения Аис снижается до порогового уровня;

- другой вариант осуществления заявленного способа состоит в том, что контроллер 5 измеряет на входе 7 температуру конденсаторной батареи термодатчиком 8 и прекращает разогрев, когда температура конденсаторной батареи повышается до порогового уровня;

- после завершения разогрева контроллер 5 подает сигнал зарядки конденсаторной батареи 2, при этом аккумуляторная батарея 1

разряжается;

- в процессе зарядки конденсаторной батареи 2 её напряжение Uc нарастает до тех пор, пока не достигнет максимального уровня (20 В), после чего контроллер 5 подает сигнал, который задает нулевой ток i _c конденсаторной батареи 2, - её зарядка прекращается. Одновременно аккумуляторная батарея 1 перестает разряжаться, так как её ток i _A в соответствии с уравнением (1) становится равным нулю. Накопитель энергии готов к пуску ДВС.

Порядок управления зарядкой/разрядкой накопителя энергии в режимах пуска и работы ДВС известен и далее не рассматривается.